انجمن مهندسان مکانیک ایران نشریه مهندسی مکانیک ایران 2538-4775 27 4 2026 02 20 Optimization of Thin-Walled Spiral Heat Exchangers for Enhanced Hydraulic System Efficiency طراحی و بهینه سازی عملکرد مبدل حرارتی فشرده مارپیچ جدار نازک در صنایع هیدرولیک 729925 10.30506/ijmep.2025.2049983.2003 FA محمد نیکیان گروه مهندسی مکانیک، واحد تاکستان، دانشگاه آزاد اسلامی، تاکستان، ایران 0000-0002-2253-8675 مجید صادقی ویله گروه مکانیک ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تاکستان ، تاکستان ، ایران Journal Article 2025 01 06 Heat exchangers play a crucial role in thermal management and in enhancing heat transfer efficiency within hydraulic systems. This study emphasizes the importance of precise design and computational analysis for optimizing exchanger performance and effectively controlling temperature. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations were employed to predict the internal and external flow behaviour and to analyse temperature distribution within the heat exchanger. Key parameters, including flow velocity, pressure, temperature, and heat distribution in both the tubes and the shell, were thoroughly examined to provide a comprehensive understanding of flow characteristics, turbulent structures, and thermal behavior. The primary objective of this research was to optimize a thin-walled helical tube heat exchanger to maximize heat transfer efficiency. Wilson design methods were applied to determine optimal parameters such as tube spacing, diameter, and flow rate. The helical configuration enhances turbulence, increases the fluid contact area with the walls, and improves heat transfer. This compact design reduces the exchanger length to 4.2 meters while maintaining equivalent thermal capacity. Simulation results indicate that turbulent flow increases fluid mixing and enhances heat exchange between hot and cold fluids. Optimization of the thermal boundary layers significantly improves heat transfer performance, achieving a thermal efficiency of 76% and a 71% enhancement in the Nusselt number compared to similar studies. این مطالعه بر اهمیت طراحی دقیق و تحلیل محاسباتی برای بهینه ‌سازی عملکرد مبدل و کنترل مؤثر دما تأکید دارد. پارامترهای کلیدی مانند سرعت جریان، فشار، دما و توزیع حرارت در لوله ‌ها و پوسته‌ ها به دقت بررسی شدند تا درک جامعی از ویژگی ‌های جریان، ساختارهای آشفته و رفتار حرارتی ارائه شود. هدف اصلی تحقیق، بهینه ‌سازی مبدل حرارتی لوله‌ مارپیچی با دیواره نازک بمنظور افزایش کارایی انتقال حرارت است. روش‌ های طراحی ویلسون برای تعیین پارامترهای بهینه نظیر فاصله لوله، قطر و نرخ جریان به ‌کار گرفته شد. طراحی مارپیچی آشفتگی را افزایش و سطح تماس سیال با دیواره‌ ها را بزرگ‌ تر می‌کند و انتقال حرارت را بهبود می بخشد. این پیکر بندی فشرده طول مبدل را به ۴.۲ متر کاهش داده و ظرفیت حرارتی معادل را حفظ می‌کند. نتایج شبیه ‌سازی نشان می‌دهد جریان آشفته اختلاط سیال را افزایش داده و تبادل حرارت بین سیالات گرم و سرد را بهبود می‌ دهد. بهینه ‌سازی لایه ‌های مرزی حرارتی کارایی انتقال حرارت را به ‌طور قابل توجهی افزایش داده و کارایی حرارتی ۷۶٪ و بهبود ۷۱٪ در عدد ناسلت نسبت به مطالعات مشابه حاصل شده است.